Оптимизация оптических параметров металло-диэлектрических гетероструктур для образования плазмонных сенсоров

Л. В. Поперенко, А. Л. Ямпольский, А. В. Макаренко, А. И. Завалистый

Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, ул. Владимирская, 60, 01033 Киев, Украина

Получена: 04.04.2019; окончательный вариант - 20.05.2019. Скачать: PDF

Экспериментально измерены угловые зависимости эллипсометрических параметров $\psi$ и $\Delta$ при внешнем отражении и коэффициента внутреннего отражения света для гибридных структур на основе тонких плёнок Au, Ag или Cu, защищённых диэлектрическими слоями HfO$_2$ или MgF$_2$. С помощью матричного метода для указанных многослойных систем рассчитаны соответствующие угловые зависимости. Несмотря на различия, полученные при моделировании оптических характеристик образцов между обычным (внешнее отражение) и поляритонным (внутреннее отражение) режимами, теоретические результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными. Вычислены угловые положения плазмонных минимумов коэффициента внутреннего отражения в геометрии Кречмана для всех образцов в зависимости от показателя преломления $n$ вещества, нанесённого на соответствующую многослойную структуру. Величина смещения этих минимумов практически одинакова для всех исследованных структур и составляет около 100° на единицу прироста $n$ в окрестности $n$ = 1,20. Это позволяет оценить эффективность данных структур в качестве сенсоров, функционирующих на эффекте возбуждения поверхностного плазмонного резонанса.

Ключевые слова: многослойные структуры, диэлектрический слой, эллипсометрия, поверхностные поляритоны, биосенсоры.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v41/i06/0751.html

PACS: 07.07.Df, 68.65.Ac, 73.21.-b, 77.55.-g, 78.67.Pt, 87.80.-y


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. B. Liedberg, C. Nylander, and I. Lunström, Sens. Actuators. 4: 299 (1983). Crossref
  2. J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B, 54: 3 (1999). Crossref
  3. J. N. Anker, W. P. Hall, O. Lyandres, N. C. Shah, J. Zhao, and R. P. Van Duyne, Nat. Mater., 7: 442 (2008). Crossref
  4. P. R. West, S. Ishii, G. V. Naik, N. K. Emani, V. M. Shalaev, and A. Boltasseva, Laser & Photonics Reviews, 4: 795 (2010). Crossref
  5. M. Futamata, Appl. Opt., 36: 364 (1997). Crossref
  6. V. G. Kravets, R. Jalil, Y.-J. Kim, D. Ansell, D. E. Aznakayeva, B. Thackray, L. Britnell, B. D. Belle, F. Withers, I. P. Radko, Z. Han, S. I. Bozhevolnyi, K. S. Novoselov, A. K. Geim, and A. N. Grigorenko, Sci. Rep., 4 (2014). Crossref
  7. V. G. Kravets, A. K. Petford-Long, and A. F. Kravets, J. Appl. Phys., 87: 1762 (2000). Crossref
  8. A. L. Yampolskiy, O. V. Makarenko, L. V. Poperenko, and V. O. Lysiuk, Quantum Electronics and Optoelectronics, 21: 412 (2018). Crossref
  9. Physics of Thin Films: Advances in Research and Development (Ed. G. Hass) (New York and London: Academic Press: 1963).
  10. K. M. McPeak, S. V. Jayanti, S. J. P. Kress, S. Meyer, S. Iotti, A. Rossinelli, and D. J. Norris, ACS Photonics, 2: 326 (2015). Crossref
  11. P. Johnson and R. Christy, Phys. Rev. B, 9: 5056 (1974). Crossref
  12. D. L. Wood, K. Nassau, T. Y. Kometani, and D. L. Nash, Appl. Opt., 29: 604 (1990). Crossref
  13. L. V. Rodríguez-de Marcos, J. I. Larruquert, J. A. Méndez, and J. A. Aznárez, Opt. Mat. Express., 7: 989 (2017). Crossref